專(zhuān)利名稱(chēng)：一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵(Athermal ArrayedWavelengthGratings,簡(jiǎn)稱(chēng)AAWG或無(wú)熱AWG),本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖通信技術(shù)發(fā)展極為迅速，其中W)M (Wavelength Division Multiplexing波分復(fù)用)系統(tǒng)是當(dāng)前最常見(jiàn)的光層組網(wǎng)系統(tǒng)，它通過(guò)復(fù)用與解復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)傳輸?；赑LCCPlanarLightwave Circuit,平面光波線(xiàn)路)技術(shù)的AWG(Arrayed Wavelength Grating,陣列波導(dǎo)光柵)是WDM系統(tǒng)中一種重要的實(shí)現(xiàn)復(fù)用/解復(fù)用器件，其做法為在硅晶圓上沉積二氧化硅膜層，再利用光刻工藝及反應(yīng)式離子蝕刻法制作AWG。相對(duì)于FBG (Fiber BraggGrating，光纖布拉格光柵)和TFF (Thin Film Filter，薄膜濾光片)，AWG具有集成度高、波 長(zhǎng)通道數(shù)目多、通道間隔小、無(wú)需使用光隔離器，易于批量自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的硅基二氧化硅波導(dǎo)AWG芯片，其波導(dǎo)折射率對(duì)于溫度比較敏感，從而導(dǎo)致當(dāng)工作環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，AWG芯片響應(yīng)光譜的中心波長(zhǎng)會(huì)隨之發(fā)生改變，如圖7所示，關(guān)系基本呈線(xiàn)性關(guān)系，中心波長(zhǎng)隨溫度的漂移約為O. 011nm/°C，對(duì)于IOOGHz波長(zhǎng)間隔或間隔更窄的DWDM系統(tǒng)而言，這種AWG是不適用的。為了將AWG的中心波長(zhǎng)固定在目標(biāo)值，不受工作環(huán)境溫度的影響，一種方法是使用加熱片和溫控電路將芯片溫度固定在某一恒定值，稱(chēng)為有熱AWG (Thermal AWG)。但這樣做會(huì)相應(yīng)增加了系統(tǒng)功耗，并需預(yù)留供電接口和監(jiān)控接口，限制了使用的靈活性。無(wú)熱AWG則不使用加熱片和溫控電路，依靠自身的特殊材料結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)AWG光譜中心波長(zhǎng)不隨工作環(huán)境溫度變化而變化的目的。傳統(tǒng)的依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱AWG，其實(shí)現(xiàn)原理是在AWG芯片輸入平面波導(dǎo)處切割，將芯片分離為兩部分，用金屬補(bǔ)償桿連接輸入波導(dǎo)部分，或者可以用光纖代替輸入波導(dǎo)，但切割處需在AWG芯片輸入波導(dǎo)與輸入平面波導(dǎo)交界處，在桿熱脹冷縮的驅(qū)動(dòng)下改變芯片兩部分相對(duì)位置來(lái)補(bǔ)償波長(zhǎng)隨溫度的漂移。由于金屬桿的熱膨脹是線(xiàn)性的，所以這種無(wú)熱的補(bǔ)償方法是對(duì)波長(zhǎng)的溫度特性進(jìn)行線(xiàn)性補(bǔ)償，而硅基二氧化硅波導(dǎo)的折射率隨溫度變化有一個(gè)二次項(xiàng)的系數(shù)，如圖8所示實(shí)際的AWG波長(zhǎng)-溫度曲線(xiàn)并不是線(xiàn)性的，而是一個(gè)開(kāi)口向上的拋物線(xiàn)形，加上各輸出通道波長(zhǎng)相應(yīng)的不一致性，器件在_40°C 80°C波長(zhǎng)偏移基本達(dá)到了 60pm以上。因此這種補(bǔ)償方法只能在有限的溫度范圍內(nèi)保持波長(zhǎng)的穩(wěn)定性，對(duì)于室外等較大溫度變化范圍的應(yīng)用則難以滿(mǎn)足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種可以實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，包括陣列波導(dǎo)光柵芯片、金屬底板，所述陣列波導(dǎo)光柵芯片固定在金屬底板上，陣列波導(dǎo)光柵芯片切割成陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分，金屬底板上同陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分分割線(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域設(shè)置有第一彈片，固定陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分的金屬底板區(qū)域下方水平有一個(gè)未貫通的狹縫形成第二彈片，所述金屬底板由第一彈片、第二彈片將其分隔為金屬底板第一部分、金屬底板第二部分和金屬底板第三部分，所述第一彈片使金屬底板第一部分與金屬底板第二部分之間在受力情況下相對(duì)移動(dòng)；第二彈片使金屬底板第二部分與金屬底板第三部分之間在受力情況下可相對(duì)移動(dòng)；所述金屬底板第一部分和金屬底板第三部分之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片下方區(qū)域設(shè)置有挖空區(qū)域，第一溫度補(bǔ)償桿跨過(guò)挖空區(qū)域設(shè)置且兩端分別固定于金屬底板第一部分和金屬底板第三部分；位于狹縫上方的金屬底板第二部分上設(shè)置有一個(gè)螺紋孔，所述螺釘設(shè)置于其中，所述螺釘?shù)撞看┻^(guò)狹縫與金屬底板第三部分緊密貼合，所述第一溫度補(bǔ)償桿的熱膨脹系數(shù)大于陣列波導(dǎo)光柵芯片和金屬底板的熱膨脹系數(shù)。所述第一彈片是設(shè)置在金屬底板第一部分與金屬底板第二部分之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分之間的分割線(xiàn)中心區(qū)域下方的金屬板連接部分。所述陣列波導(dǎo)光柵第一部分固定在金屬底板第一部分上，陣列波導(dǎo)光柵第一部分包含輸入波導(dǎo)和一部分輸入平面波導(dǎo)陣列波導(dǎo)；陣列波導(dǎo)光柵第二部分固定在金屬底板第二部分上，陣列波導(dǎo)光柵第二部分包含剩余輸入平面波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)、輸出平面波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)。所述金屬底板與陣列波導(dǎo)光柵芯片的的熱膨脹系數(shù)相對(duì)保持一致。所述陣列波導(dǎo)光柵芯片采用硅基底材料，金屬底板采用銦鋼。所述陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分之間的切縫內(nèi)填充有折射率與陣列波導(dǎo)光柵芯片波導(dǎo)折射率保持一致的匹配膠。所述第一溫度補(bǔ)償兩端設(shè)置有螺紋分別同金屬底板第一部分和金屬底板第三部分上的通孔相匹配，第一溫度補(bǔ)償桿、金屬底板第一部分、金屬底板第三部分由螺母夾緊。一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，包括陣列波導(dǎo)光柵芯片、金屬底板，所述陣列波導(dǎo)光柵芯片固定在金屬底板上，陣列波導(dǎo)光柵芯片切割成陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分，金屬底板上同陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分分割線(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域設(shè)置有第一彈片，固定陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分的金屬底板區(qū)域下方水平有一個(gè)未貫通的狹縫形成第二彈片，所述金屬底板由第一彈片、第二彈片將其分隔為金屬底板第一部分、金屬底板第二部分和金屬底板第三部分，所述第一彈片使金屬底板第一部分與金屬底板第二部分之間在受力情況下相對(duì)移動(dòng)；第二彈片使金屬底板第二部分與金屬底板第三部分之間在受力情況下可相對(duì)移動(dòng)；所述金屬底板第一部分、金屬底板第二部分、金屬底板第三部分之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片下方區(qū)域設(shè)置有挖空區(qū)域，金屬底板第二部分設(shè)置有一個(gè)通孔和一個(gè)盲孔，第一溫度補(bǔ)償桿穿過(guò)通孔兩端分別與金屬底板第一部分、金屬底板第三部分固定；第二溫度補(bǔ)償桿一端同金屬底板第一部分固定，另一端頂入盲孔與其底部緊密貼合；所述第二溫度補(bǔ)償桿的熱膨脹系數(shù)大于第一溫度補(bǔ)償桿的熱膨脹系數(shù)。所述第一彈片是設(shè)置在金屬底板第一部分與金屬底板第二部分之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分之間的分割線(xiàn)中心區(qū)域下方的金屬板連接部分。所述金屬底板第一部分上設(shè)置有通孔，第二溫度補(bǔ)償桿同其配合的一端上刻有螺紋同該通孔相匹配且由螺母夾緊；所述第一溫度補(bǔ)償兩端設(shè)置有螺紋分別同金屬底板第一部分和金屬底板第三部分上的通孔相匹配且由螺母夾緊。所述第一溫度補(bǔ)償桿可以采用不銹鋼，所述第二溫度補(bǔ)償桿可以采用鋁合金。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵而言，利用不同工作溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生不同補(bǔ)償效果的方式達(dá)到分段溫度補(bǔ)償?shù)哪康?，從而增?qiáng)了陣列波導(dǎo)光柵光譜的中心波長(zhǎng)的 穩(wěn)定性，擴(kuò)大了無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵的工作溫度范圍；2、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中輸入波導(dǎo)替換成光纖、在組裝后輸入端相對(duì)陣列波導(dǎo)光柵芯片懸空的缺點(diǎn)，其陣列波導(dǎo)光柵基本保持完整，并粘接于同一塊金屬底板上，從而避免了陣列波導(dǎo)光柵兩部分在垂直于金屬底板方向上相對(duì)位移，大大降低了損耗變化的風(fēng)險(xiǎn)；3、本發(fā)明技術(shù)方案具有成本低、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。


圖1、本發(fā)明第一種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、本發(fā)明第一種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵從室溫升溫時(shí)發(fā)生形變的局部示意圖；圖3、本發(fā)明第一種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵在降溫后發(fā)生形變的局部示意圖；圖4、本發(fā)明第二種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)示意圖；圖5、本發(fā)明第二種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵從室溫升溫時(shí)發(fā)生形變的局部示意圖；圖6、本發(fā)明第二種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵降溫后發(fā)生形變的局部示意圖；圖7、現(xiàn)有技術(shù)未做溫度補(bǔ)償?shù)年嚵胁▽?dǎo)光柵器件中心波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度的變化曲線(xiàn).圖8、本發(fā)明線(xiàn)性溫度補(bǔ)償?shù)年嚵胁▽?dǎo)光柵器件中心波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度的變化曲線(xiàn).圖9、本發(fā)明陣列波導(dǎo)光柵器件中心波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度的變化曲線(xiàn)；其中101 :陣列波導(dǎo)光柵芯片；102 :陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分；103 :陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分；104 :分割線(xiàn)；105 :金屬底板；106 :金屬底板第一部分；107 :金屬底板第二部分；108 :金屬底板第三部分；109 :第一彈片；110 :第二彈片；111:第一溫度補(bǔ)償桿；112:螺釘；401 :第二溫度補(bǔ)償桿；402 :通孔；
403 :盲孔；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明第一種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示將陣列波導(dǎo)光柵芯片101固定在金屬底板105上，陣列波導(dǎo)光柵芯片101包括陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103,陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102包含輸入波導(dǎo)和一部分輸入平面波導(dǎo)，陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103包含剩余輸入平面波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)、輸出平面波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)陣列波導(dǎo)光柵。金屬底板105上同陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103分割線(xiàn)104對(duì)應(yīng)區(qū)域設(shè)置有第一彈片109，第一彈片109使金屬底板分隔成兩個(gè)部分，陣列波導(dǎo)光柵第一部分102固定在金屬底板左側(cè)分隔區(qū)域上，陣列波導(dǎo)光柵的其余部分固定在金屬底板右側(cè)分隔區(qū)域上。所述金屬底板第一部分106和金屬底板第三部分108之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片101下方區(qū)域設(shè)置有挖空區(qū)域，因此金屬底板左側(cè)分隔區(qū)域同陣列波導(dǎo)光柵芯片的輸入波導(dǎo)對(duì)應(yīng)位置的下方區(qū)域?yàn)橥钩觯饘俚装逵覀?cè)分隔區(qū)域同陣列波導(dǎo)光柵芯片的輸出波導(dǎo)對(duì)應(yīng)位置的下方區(qū)域?yàn)橥钩霾糠?，金屬底板右?cè)分隔區(qū)域的凸出部分位置水平設(shè)置有一個(gè)未貫通的狹縫，該狹縫將金屬底板再次分隔成兩個(gè)部分。因此金屬底板被分隔成三個(gè)部分，即金屬底板第一部分106、金屬底板第二部分107、金屬底板第三部分108，其中.金屬底板第二部分107與金屬底板第三部分108之間是設(shè)置狹縫的未貫通區(qū)域進(jìn)行連接，該部分形成金屬底板第二部分107和金屬底板第三部分108之間的相對(duì)薄弱的第二彈片110，該第二彈片110可以使得金屬底板第二部分107與金屬底板第三部分108之間在受力情況下可相對(duì)移動(dòng)。金屬底板第一部分106與金屬底板第二部分107之間的金屬板材料僅保留陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103分割線(xiàn)104的中心區(qū)域下方的金屬板連接部分，該部分形成相對(duì)薄弱的第一彈片109，金屬底板第一部分106與金屬底板第二部分107之間的其它區(qū)域的金屬板材料切斷并且留有空隙，該第一彈片109與分割線(xiàn)104方向垂直，兩端分別連接金屬底板第一部分106與金屬底板第二部分107,第一彈片109可以使得金屬底板第一部分106與金屬底板第二部分107之間在受力情況下可相對(duì)移動(dòng)。整個(gè)金屬底板105仍是一個(gè)整體，金屬底板第一部分106和金屬底板第三部分108之間為挖空區(qū)域。將第一溫度補(bǔ)償桿111跨過(guò)金屬底板第一部分106和金屬底板第三部分108之間的挖空區(qū)域設(shè)置，第一溫度補(bǔ)償桿111兩端分別固定于金屬底板第一部分106和金屬底板第三部分108。將第一溫度補(bǔ)償桿111 一端固定在金屬底板第一部分106凸出部分側(cè)邊處，第一溫度補(bǔ)償桿111的另一端對(duì)應(yīng)地固定在金屬底板第三部分108同一高度的側(cè)邊處，第一溫度補(bǔ)償桿111與第二彈片Iio方向垂直。本發(fā)明中第一溫度補(bǔ)償桿111的熱膨脹系數(shù)大于陣列波導(dǎo)光柵芯片101的熱膨脹系數(shù)，對(duì)于常用的陣列波導(dǎo)光柵芯片而言，其材料一般是硅基二氧化硅，第一溫度補(bǔ)償桿111可選用鋁合金、銅、不銹鋼等。如圖1所示金屬底板第二部分107與金屬底板第三部分108之間的第二彈片110處設(shè)置有狹縫，在垂直狹縫的金屬底板第二部分107上出攻有一個(gè)螺紋孔，使用不帶頭的螺釘112旋入該螺紋孔，螺釘112底端一直通過(guò)狹縫頂?shù)讲⒕o貼金屬底板第三部分108。通過(guò)連接光譜儀微調(diào)螺釘112可調(diào)整陣列波導(dǎo)光柵芯片在室溫下的中心波長(zhǎng)。波長(zhǎng)調(diào)整完后可在金屬底板第二部分上的螺紋孔內(nèi)點(diǎn)入固化膠后旋入螺釘，或者焊接進(jìn)一步固定螺釘位置。本實(shí)施例中第一溫度補(bǔ)償桿111兩端分別固定于金屬底板第一部分106和金屬底板第三部分108,固定方式可在第一溫度補(bǔ)償桿111上刻有螺紋,穿過(guò)金屬底板第一部分106和金屬底板第三部分108上設(shè)置的通孔，并用螺母夾緊。也可用固化膠固定，或者也可以采用螺母夾緊和膠固化結(jié)合使用的方式使用。第一溫度補(bǔ)償桿111的熱膨脹系數(shù)大于金屬底板105的熱膨脹系數(shù)，可以采用不銹鋼。金屬底板105與陣列波導(dǎo)光柵芯片101材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)相等或相近,相對(duì)于硅基二氧化硅材料的陣列波導(dǎo)光柵芯片而言，金屬底板105的合適材料可以采用銦鋼。若金屬底板105與陣列波導(dǎo)光柵芯片101材料的熱膨脹系數(shù)差異相對(duì)較大，其固定方式可選用適應(yīng)度的固化膠，從而減小兩者之間的應(yīng)力影響。固定后使用精密切割技術(shù)在第一彈片109處沿著第一彈片109垂直方向?qū)㈥嚵胁▽?dǎo)光柵芯片101切斷，使得陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102與陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103分開(kāi),成為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、可產(chǎn)生相對(duì)位移的兩部分。陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102與陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103之間的切縫 內(nèi)填有折射率與陣列波導(dǎo)光柵芯片波導(dǎo)折射率保持一致的匹配膠，該折射率接近1. 45。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)陣列波導(dǎo)光柵分段溫度補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程具體如下，如圖2所示，由于第一溫度補(bǔ)償桿111的熱膨脹系數(shù)大于陣列波導(dǎo)光柵芯片101和金屬底板105的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高AT時(shí)，第一溫度補(bǔ)償桿111會(huì)分別對(duì)金屬底板105的金屬底板第一部分106和金屬底板105的金屬底板第三部分108施加一個(gè)向左和向右的推力，由于金屬底板第二部分107和金屬底板第三部分108之間有螺釘112頂住，故第二彈片110不會(huì)發(fā)生形變，即金屬底板第二部分107和金屬底板第三部分108之間沒(méi)有相對(duì)位移，而第一溫度補(bǔ)償桿111熱膨脹給金屬底板105帶來(lái)的形變?nèi)渴┘釉诮饘俚装?05的金屬底板第一部分106和金屬底板105的金屬底板第二部分107之間的第一彈片109上,造成陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和第二部分103之間的相對(duì)位移Λχ 。如圖3所示，由于第一溫度補(bǔ)償桿111的熱膨脹系數(shù)大于陣列波導(dǎo)光柵芯片101和金屬底板105的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度降低ΔΤ時(shí),第一溫度補(bǔ)償桿會(huì)分別對(duì)金屬底板105的金屬底板第一部分106和金屬底板105的金屬底板第三部分108施加一個(gè)向右和向左的拉力，此時(shí)第一彈片109會(huì)發(fā)生形變，而螺釘112則與金屬底板第三部分108脫離接觸，此時(shí)第二彈片110也會(huì)發(fā)生形變。在這種狀態(tài)下，第一溫度補(bǔ)償桿111的收縮給金屬底板105帶來(lái)的形變一部分造成金屬底板第一部分106和金屬底板第二部分107之間發(fā)生相對(duì)位移，即陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列波導(dǎo)光柵月芯片第二部分103之間的相對(duì)位移為Λ χ2，另一部分造成金屬底板第二部
分107和金屬底板第三部分108之間發(fā)生相對(duì)位移?？梢?jiàn)^必然小于#且設(shè)計(jì)調(diào)整第
ATΜ ,
一彈片109和第二彈片110的厚度關(guān)系可控制么與M之間的差值。由于&小于I導(dǎo)致
ΔΓ ATΛΓm
陣列波導(dǎo)光柵在高溫和低溫下補(bǔ)償效果不同，高溫下補(bǔ)償效果較強(qiáng)，低溫下補(bǔ)償效果較弱。圖4是本發(fā)明第二種實(shí)施例的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵溫度補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)示意圖，包括陣列波導(dǎo)光柵芯片101、金屬底板105,所述陣列波導(dǎo)光柵芯片101固定在金屬底板105上,其特征在于陣列波導(dǎo)光柵芯片101切割成陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103,金屬底板105上同陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103分割線(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域設(shè)置有第一彈片109，固定陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103的金屬底板105區(qū)域下方水平有一個(gè)未貫通的狹縫形成第二彈片110，所述第一彈片109、第二彈片110將金屬底板105分隔為金屬底板第一部分106、金屬底板第二部分107和金屬底板第三部分108,所述金屬底板第一部分106、金屬底板第二部分107、金屬底板第三部分108之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片101下方區(qū)域設(shè)置有挖空區(qū)域，本實(shí)施例與圖1第一種實(shí)施方案不同之處在于，金屬底板第二部分107凸出延伸至同金屬底板第一部分和金屬底板第三部分相當(dāng)?shù)奈恢茫饘俚装宓诙糠?07凸出延伸位置同金屬底板第一部分106和金屬底板第二部分107均相距離有空間距離，金屬底板第二部分107打有一個(gè)通孔402和一個(gè)盲孔403,第一溫度補(bǔ)償桿111穿過(guò)通孔402,左右兩端分別與金屬底板第一部分106、金屬底板第三部分108固定。有第二溫度補(bǔ)償桿401與金屬底板第一部分106固定,第二溫度補(bǔ)償桿401另一端頂入盲孔403中，并與盲孔403的底部緊密貼合。第二溫度補(bǔ)償桿401的熱膨脹系數(shù)02應(yīng)大于第一溫度補(bǔ)償桿111的熱膨脹系數(shù)Ci1，第一溫度補(bǔ)償桿111采用不銹鋼，第二溫度補(bǔ)償桿401可選用熱膨脹系數(shù)較大的鋁合金材料。第一溫度補(bǔ)償桿111和第二溫度補(bǔ)償桿401同金屬底板相固定方式可以米用膠固定。也可以米用金屬底板第一部分106上同第二溫度補(bǔ)償桿401固定的位置設(shè)置有通孔，第二溫度補(bǔ)償桿401同其配合的一端上刻有螺紋同該通孔相匹配，且由螺母夾緊；第一溫度補(bǔ)償桿111兩端上設(shè)置有螺紋，與金屬底板第一部分106、金屬底板第三部分108上設(shè)置的通孔相匹配后，由螺母夾緊。在第二實(shí)施例中，金屬底板第二部分107沒(méi)有設(shè)置螺紋孔，無(wú)需螺釘112頂入金屬底板第二部分107和金屬底板第三部分108之間的狹縫。如圖5所示，當(dāng)溫度升高Λ T時(shí)，由于第二溫度補(bǔ)償桿401的熱膨脹系數(shù)α 2大于第一溫度補(bǔ)償桿111的熱膨脹系數(shù)h，故第二溫度補(bǔ)償桿401的伸長(zhǎng)量八1^2大于第一溫度補(bǔ)償桿111的伸長(zhǎng)量ΔΤα 1;從而帶動(dòng)金屬底板第一部分106和金屬底板第三部分108同時(shí)向左側(cè)偏移，相對(duì)于金屬底板第二部分107來(lái)說(shuō)偏移量為ΔΤα 2,令此時(shí)陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列光柵芯片第二部分103之間的相對(duì)位移為Λχ 。此時(shí)溫度補(bǔ)償效果可視作由第二溫度補(bǔ)償桿401的熱膨脹引起，第一溫度補(bǔ)償桿111對(duì)溫度補(bǔ)償效果沒(méi)有
-Tj. 士 [>貝獻(xiàn)。當(dāng)溫度降低AT時(shí)，如圖6所示，由于第二溫度補(bǔ)償桿401的熱膨脹系數(shù)α 2大于第一明溫度補(bǔ)償桿111的熱膨脹系數(shù)CI1，故第二溫度補(bǔ)償桿401的收縮量ATd2大于第一溫度補(bǔ)償桿111的收縮量AT a i，此時(shí)第二溫度補(bǔ)償桿401與金屬底板第二部分107上的盲孔403底部脫離接觸，不再起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。在這種狀態(tài)下，第一溫度補(bǔ)償桿111的收縮給金屬底板105帶來(lái)的形變一部分造成金屬底板第一部分106和金屬底板第二部分107之間發(fā)生相對(duì)位移，即陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分102和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分103之間的相對(duì)位移為ΛΧ2，第一溫度補(bǔ)償桿111的收縮給金屬底板105帶來(lái)的形變另一部分造成金屬底板第二部分107和金屬底板第三部分108之間發(fā)生相對(duì)位移。顯而易見(jiàn)，
M必然小于#此時(shí)溫度補(bǔ)償效果可視作由第一溫度補(bǔ)償桿111的收縮引起，第二溫度
Δ7ο
補(bǔ)償桿401對(duì)溫度補(bǔ)償效果沒(méi)有貢獻(xiàn)。設(shè)計(jì)調(diào)整第一彈片109和第二彈片110的厚度關(guān)系、第一溫度補(bǔ)償桿111和第二溫度補(bǔ)償桿401的長(zhǎng)度和材料的選擇均可控制%與#之間的
ΔΓ ΔΓ差值。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵全工作溫度范圍內(nèi)線(xiàn)性補(bǔ)償而言，該方法利用不同工作溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生不同補(bǔ)償效果的方式達(dá)到分段溫度補(bǔ)償?shù)哪康?，如圖9所示，在高于室溫的工作范圍內(nèi)溫度補(bǔ)償效果較強(qiáng)，處于過(guò)補(bǔ)償狀態(tài)，而在低于室溫的工作范圍內(nèi)溫度補(bǔ)償效果較弱，處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，此時(shí)在全溫度工作范圍內(nèi)器件波長(zhǎng)-溫度曲線(xiàn)為兩個(gè)開(kāi)口向上拋物線(xiàn)的底部拼接，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖8所示線(xiàn)性補(bǔ)償情況下的波長(zhǎng)偏移，器件在_40°C 80°C波長(zhǎng)偏移可在20pm左右，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了陣列波導(dǎo)光柵光譜的中心波長(zhǎng)的穩(wěn)定性，擴(kuò)大了無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵的工作溫度范圍。雖然本發(fā)明已經(jīng)詳細(xì)地示出并描述了相關(guān)的特定的實(shí)施例參考，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種改變。這些改變都將落入本發(fā)明的權(quán)利要求所要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，包括陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)、金屬底板(105),所述陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)固定在金屬底板(105)上,其特征在于陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)切割成陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分(102)和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103),金屬底板(105)上同陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分(102)和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103)分割線(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域設(shè)置有第一彈片(109)，固定陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103) 的金屬底板(105)區(qū)域下方水平有一個(gè)未貫通的狹縫形成第二彈片(110)，所述金屬底板 (105)由第一彈片(109)、第二彈片(110)將其分隔為金屬底板第一部分(106)、金屬底板第二部分(107)和金屬底板第三部分(108),所述第一彈片(109)使金屬底板第一部分(106) 與金屬底板第二部分(107)之間在受力情況下相對(duì)移動(dòng)；第二彈片(110)使金屬底板第二部分(107)與金屬底板第三部分(108)之間在受力情況下可相對(duì)移動(dòng)；所述金屬底板第一部分(106)和金屬底板第三部分(108)之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)下方區(qū)域設(shè)置有挖空區(qū)域，第一溫度補(bǔ)償桿(111)跨過(guò)挖空區(qū)域設(shè)置且兩端分別固定于金屬底板第一部分(106)和金屬底板第三部分(108);位于狹縫上方的金屬底板第二部分(107)上設(shè)置有一個(gè)螺紋孔，所述螺釘(112)設(shè)置于其中，所述螺釘(112)底部穿過(guò)狹縫與金屬底板第三部分 (108)緊密貼合，所述第一溫度補(bǔ)償桿(111)的熱膨脹系數(shù)大于陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)和金屬底板(105)的熱膨脹系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述第一彈片(109)是設(shè)置在金屬底板第一部分(106)與金屬底板第二部分(107)之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分(102)和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103)之間的分割線(xiàn)(104)中心區(qū)域下方的金屬板連接部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于 所述陣列波導(dǎo)光柵第一部分(102)固定在金屬底板第一部分(106)上，陣列波導(dǎo)光柵第一部分(102)包含輸入波導(dǎo)和一部分輸入平面波導(dǎo)陣列波導(dǎo)；陣列波導(dǎo)光柵第二部分(103) 固定在金屬底板第二部分(107)上，陣列波導(dǎo)光柵第二部分(103)包含剩余輸入平面波導(dǎo)、 陣列波導(dǎo)、輸出平面波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于 所述金屬底板(105)與陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)的的熱膨脹系數(shù)相對(duì)保持一致。
5.如權(quán)利要求4所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)采用硅基底材料，金屬底板(105)采用銦鋼。
6.如權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分(102)和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103)之間的切縫內(nèi)填充有折射率與陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)波導(dǎo)折射率保持一致的匹配膠。
7.如權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于 所述第一溫度補(bǔ)償(111)兩端設(shè)置有螺紋分別同金屬底板第一部分(106 )和金屬底板第三部分(108)上的通孔相匹配，第一溫度補(bǔ)償桿(111)、金屬底板第一部分(106)、金屬底板第三部分(108)由螺母夾緊。
8.一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，包括陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)、金屬底板(105),所述陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)固定在金屬底板(105)上,其特征在于陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)切割成陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分(102)和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103),金屬底板(105)上同陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分(102)和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103)分割線(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域設(shè)置有第一彈片(109)，固定陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103) 的金屬底板(105)區(qū)域下方水平有一個(gè)未貫通的狹縫形成第二彈片(110)，所述金屬底板(105)由第一彈片(109)、第二彈片(110)將其分隔為金屬底板第一部分(106)、金屬底板第二部分(107)和金屬底板第三部分(108),所述第一彈片(109)使金屬底板第一部分(106) 與金屬底板第二部分(107)之間在受力情況下相對(duì)移動(dòng)；第二彈片(110)使金屬底板第二部分(107)與金屬底板第三部分(108)之間在受力情況下可相對(duì)移動(dòng)；所述金屬底板第一部分(106)、金屬底板第二部分(107)、金屬底板第三部分(108)之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片(101)下方區(qū)域設(shè)置有挖空區(qū)域，金屬底板第二部分(107)設(shè)置有一個(gè)通孔(402)和一個(gè)盲孔(403)，第一溫度補(bǔ)償桿(111)穿過(guò)通孔(402)兩端分別與金屬底板第一部分(106)、 金屬底板第三部分(108)固定；第二溫度補(bǔ)償桿(401) —端同金屬底板第一部分(106)固定，另一端頂入盲孔(403 )與其底部緊密貼合；所述第二溫度補(bǔ)償桿(401)的熱膨脹系數(shù)大于第一溫度補(bǔ)償桿(111)的熱膨脹系數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述第一彈片(109)是設(shè)置在金屬底板第一部分(106)與金屬底板第二部分(107)之間且位于陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分(102)和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分(103)之間的分割線(xiàn)(104)中心區(qū)域下方的金屬板連接部分。
10.如權(quán)利要求8或9所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述金屬底板第一部分(106)上設(shè)置有通孔，第二溫度補(bǔ)償桿(401)同其配合的一端上刻有螺紋同該通孔相匹配且由螺母夾緊；所述第一溫度補(bǔ)償(111)兩端設(shè)置有螺紋分別同金屬底板第一部分(106)和金屬底板第三部分(108)上的通孔相匹配且由螺母夾緊。
11.如權(quán)利要求8或9所述的一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所述第一溫度補(bǔ)償桿(111)采用不銹鋼，所述第二溫度補(bǔ)償桿(401)采用鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)分段溫度補(bǔ)償?shù)臒o(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵，包括陣列波導(dǎo)光柵芯片、金屬底板，陣列波導(dǎo)光柵芯片固定在金屬底板上，金屬底板上同陣列波導(dǎo)光柵芯片第一部分和陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分分割線(xiàn)對(duì)應(yīng)區(qū)域設(shè)置有第一彈片，固定陣列波導(dǎo)光柵芯片第二部分的金屬底板區(qū)域下方水平有一個(gè)未貫通的狹縫形成第二彈片，所述金屬底板由第一彈片、第二彈片將其分隔為金屬底板第一部分、金屬底板第二部分和金屬底板第三部分，所述第一彈片使金屬底板第一部分與金屬底板第二部分之間在受力情況下相對(duì)移動(dòng)；第二彈片使金屬底板第二部分與金屬底板第三部分之間在受力情況下可相對(duì)移動(dòng)；本發(fā)明增強(qiáng)陣列波導(dǎo)光柵光譜的中心波長(zhǎng)穩(wěn)定性，擴(kuò)大其工作溫度范圍。
文檔編號(hào)G02B6/12GK103018825SQ20131001105
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者徐來(lái), 趙小博, 胡家艷, 馬衛(wèi)東 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司